Primera y segunda ley de la termodinámica

1. UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE FILOSOFÍA, LETRAS Y CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN
CARRERA DE PEDAGOGÍA DE LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES , QUÍMICA Y BIOLOGÍA
QUÍMICA-FÍSICA
TEMA : Primera y segunda ley de la
termodinámica
EXPOSITORES:
 BARAGÁN PRISCILA.
 CASA SANDRA
 ERAZO MAYRA
 GUILLÉN CARLOS
 PILICITA KARINA

2. Las
transferencias
de calor
conversión de
la energía
capacidad de
los sistemas
PRODUCIR
TRABAJO
TERMODINÁMICA
ESTUDIA:

3. Características:
Se aplica al estudio de
sistemas
Estudia el sistema en
situaciones de equilibrio
Sus postulados son
indemostrables
TERMODINÁMICA

4. CALOR
 El calor es la energía intercambiada entre un
cuerpo y su entorno por el hecho de
encontrarse a distinta temperatura.
 El calor, como el trabajo, es energía en
tránsito, por lo que se puede entender
también como un método para transferir
energía.

5. ENERGÍA
Capacidad
de realizar
trabajo
Producir
movimientos
Energía

6. Energía Química Energía Nuclear:Energía eléctrica:
Energía Mecánica Energía Radiante

7. Es el producto de una fuerza aplicada sobre un
cuerpo y del desplazamiento del cuerpo en la
dirección de esta fuerza.
TRABAJO
El trabajo es una magnitud física escalar
que se representa con la letra W y se
expresa en unidades de energía, esto es
en julios o joules (J)

8. REACCIONES EXOTÉRMICAS
Permanganato de potasio Glicerina
Son aquellas donde ocurre desprendimiento de energía
en forma de calor.

9. REACCIONES ENDOTÉRMICAS
Son aquellas reacciones donde se necesita de calor para
que se lleve a cabo la misma.
Es decir ocurre una absorción de energía durante todo el
proceso.
Reacción química entre el
estroncio y el azufre. Para
que esta se lleve a cabo es
necesario suministrar calor

10. PRIMERA LEY DE LA
TERMODINÁMICA

11. El experimento de Joule

12. La energía no se crea, ni se destruye,
solo se conserva
 Un sistema es sometido a un ciclo
termodinámico
CALOR = TRABAJO
 Relaciona el trabajo y el calor transferido
intercambiado en un sistema
 La energía interna de un sistema aumenta
cuando se le transfiere calor o se realiza
un trabajo sobre él

13. Energía interna
 Es el resultado de la contribución
de la energía cinética de las
moléculas o átomos que lo
constituyen, de sus energías de
rotación, traslación y vibración.
 Como consecuencia:

14. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
 Esta aplica el principio de conservación de energía a sistemas
donde la transferencia de calor y hacer un trabajo son los métodos
de intercambio de energía
 La ecuación de la primera ley de la termodinámica quedaría así:
ΔU=Q+W

15. ΔU=Q+W
 ΔU: es el cambio en la energía interna
 Q: es el calor neto que se le ha transferido
 W: es el trabajo neto realizado sobre el sistema.

16. Convenciones de signos
ΔU (cambio en la
energía interna)
Q (calor) W (trabajo hecho
sobre el gas)
es + si la
temperatura T
aumenta
es +si entra
calor al gas
es + si el gas se
comprime
es - si la
temperatura T
disminuye
es -si sale calor
del gas
es - si el gas se
expande
es 0 si la
temperatura T
es constante
es 0 si no se
intercambia
calor
es 0 si el
volumen es
constante

17. ¿Es el calor Q lo mismo que la
temperatura T?
Q: representa la energía térmica que entra al
gas
T:es una cantidad proporcional a la energía
interna total del gas.

18. PROCESOS ISOTÉRMICOS
 Cambio de temperatura reversible en un sistema termodinámico
 CURVA ISOTERMA

19. POCESOS ADIABÁTICOS
 Aquél en el cual el sistema no
intercambia calor con su entorno
 Reversible
 Impiden la transferencia de calor con
el entorno

20. El volumen permanece constante,
aunque la presión sea variable, de
esta manera el trabajo que se realiza
es nulo.
𝑊 = 𝑃. ∆𝑈 = 0
∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊
𝑄 = 𝑛. 𝐶𝑣. ∆𝑇
Proceso Isocórico
Variación Energía
Interna
Calor Entregado

21. EJERCICIO 1
Un recipiente hermético que mantiene su
volumen constante contiene gas. Si se le
suministran 50 calorías desde el exterior ¿Qué
variación de energía interna presenta?
Datos
∆U=?
∆V=0
W= 0
1Cal = 4.2J
Q= 50Cal = 210J
∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊
∆𝑈 = 𝑄 − 0
∆𝑈 = 50𝐶𝑎𝑙. (4.2𝐽)
∆𝑈 = 210 𝐽
La variación de energía interna aumenta debido a
que se le suministro calor al sistema.
EJERCICIO 2
Calcular la cantidad de calor que hay que entregarle a
3kg de agua para calentarla de 20°C a 100°C. Calcular
el valor entregado a la masa de agua.
Datos
Q=?
m= 3Kg
𝑇0 = 20°𝐶
𝑇𝑓 = 100°𝐶
𝐶 𝑣(𝐴𝑔𝑢𝑎) = 1
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝐾𝑔. °𝐶
𝑄 = 𝑚. 𝐶 𝑣. (𝑇𝑓 − 𝑇𝑖)
𝑄 = 3𝐾𝑔. 1
𝐾𝑐𝑎𝑙
𝐾𝑔. °𝐶
. (100°𝐶 − 20°𝐶)
Q= 240 Kcal

22. El volumen y la temperatura de un gas
varían mientras que la presión permanece
constante, sin importar si el gas sufre una
compresión o una expansión.
∆𝑄 = ∆𝑈 + 𝑃∆𝑉
W = P.(𝑉𝑓 − 𝑉𝑖)
ECUACIÓN DEL PROCESO ISOBÁRICO
W = P.(𝑉𝑓 − 𝑉𝑖)
W Trabajo mecánico 1J=Nm
P Presión 𝑁
𝑚2
𝑽 𝒇
Volumen final 𝑚3
𝑽𝒊 Volumen inicial 𝑚3
1cal= 4.2J 1J= 0.24cal Pa= Pascal
𝟏𝑷𝒂 =
𝑁
𝑚2
𝟏𝒂𝒕𝒎 = 760𝑚𝑚𝐻𝑔 = 1.013𝑥105
𝑁
𝑚2

23. Cierto gas sufre una expansión, por lo que varía su volumen de 1.8 x 10-4 a 4.7 x 10-4 m3 pero mantiene una presión constante de
3.05 x 105 Pa. Si lo anterior fue consecuencia de haber suministrado 30 calorías, calcular:
a) El trabajo desarrollado por el sistema.
b) La variación de energía interna que experimentó.
Datos: 𝑉𝑖 = 1.8𝑋10−4 𝑚3
𝑉𝑓 = 4.7𝑋10−4
𝑚3
P = 3.05 x 105 Pa
Q = 30 Cal = 126 J
W = P.(𝑉𝑓 − 𝑉𝑖)
W = 3.05 x 105
𝑁
𝑚2 (4.7𝑋10−4
𝑚3
− 1.8𝑋10−4
𝑚3
)
W = 3.05 x 105
𝑁
𝑚2 (2.9𝑋10−4
𝑚3
)
W= 88.45 J
∆𝑈 = 𝑄 − 𝑊
∆𝑈 = 126𝐽 − 88.45𝐽
∆𝑈 = 37.55 𝐽

24. Es la cantidad de energía que un
sistema puede intercambiar con su
entorno; es una magnitud de la
termodinámica simbolizada con la
letra H.
TIPOS
De Formación
De Reacción
De Combustión
Estándar
𝐻 = 𝑈 + 𝑃𝑉
H= Entalpía
U= Energía interna
P= Presión del Sistema
V= Volumen del
sistema

26. SEGUNDA LEY DE
LA
TERMODINÁMIC
A
Principio general
que impone
restricciones
Dirección de la
transferencia de
calor
Eficiencia posible
en los motores
térmicos

27. MÁQUINAS TÉRMICAS
• Absorbe calor Qhot
• Realiza trabajo Wout
• Liberación de calor
Qcold
Una máquina térmica es
cualquier dispositivo que
pasa por un proceso
cíclico:
Dep. frío TC
Máquina
Dep. Caliente TH
Qc - hot Wout
Qf – cold

28. LA SEGUNDA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Es imposible construir una
máquina que, al operar en un
ciclo, no produzca efectos
distintos a la extracción de
calor de un depósito y la
realización de una cantidad
equivalente de trabajo.
No sólo no puede ganar (1a ley)
ni siquiera puede empatar (2a ley)
Wout
Dep. frío TC
Máquina
Dep. caliente TH
Qc
Qf
c

29. LA SEGUNDA LEY DE LA
TERMODINÁMICA
Dep. frío TC
Máquina
Dep. caliente TH
400 J
300 J
100 J
• Máquina posible. • Máquina
IMPOSIBLE.
Dep. frío TC
Máquina
Dep. caliente TH
400 J
400 J

30. REFRIGERADORES
Un refrigerador es una
máquina que opera a la
inversa: realiza trabajo sobre
gas que extrae calor del
depósito frío y deposita calor
en el depósito caliente.
Win + Qfrío = Qcaliente
WIN = Qcaliente - Qfrío
Dep. frío TC
Máquina
Dep. caliente TH
Qcaliente
Qfrio
Win

31. LA SEGUNDA LEY PARA
REFRIGERADORES
Es imposible construir un
refrigerador que absorba calor
de un depósito frío y deposite
igual calor a un depósito
caliente con W = 0.
Si fuese posible, ¡se podría
establecer movimiento
perpetuo!
Dep. frío TC
Máquina
Dep. caliente TH
Qcaliente
Qfrio

32. EFICIENCIA DE UNA MÁQUINA
Dep. frío TC
Máquina
Dep. caliente TH
Qc W
Qf
La eficiencia de una máquina
térmica es la razón del trabajo
neto realizado W a la entrada
de calor QH.
e = 1 -
Qf
Qc
e = =
W
Qc
Qc- Qf
Qc

33. EJEMPLO DE EFICIENCIA
Dep. frío TC
Máquina
Dep. caliente TH
800 J W
600 J
Una máquina absorbe 800 J y
desecha 600 J cada ciclo. ¿Cuál
es la eficiencia?
e = 1 -
600 J
800 J
e = 1 -
Qf
Qc
e = 25%
Pregunta: ¿Cuántos joules de trabajo se
realizan?

34. COEFICIENTE DE RENDIMIENTO
(COP)
Dep. frío TC
Máquina
Dep. caliente TH
Qc W
Qf
El COP (K) de una máquina
térmica es la razón del
CALOR Qc extraído al
TRABAJO neto realizado W.
K =
Tc
Tc- Tf
Para un
refrigerador
IDEAL:
Qf
W
K = =
Qf
Qc- Qf

35. EJEMPLO DE COP (CONT.)
A continuación se encontrará
Qc al suponer el mismo K = 4
para un refrigerador.
Dep. frío TC
Máquina
Dep. caliente TH
800 J
WQc
500 K
400 K
K =
Qf
Qc- Qf
QH = 1000 J
800 J
Qc - 800 J
=4.0

36. FÓRMULAS
WIN = Qcaliente - Qfrío
e = 1 -
Qf
Qc
K =
Qf
Qc- Qf
Qc= Energía que se absorbe (el
subíndice C se refiere a caliente)
Qf= Energia que se sede (el
subíndice F se refiere a frío)
P =
W
Δ t